常见的金属晶体结构

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1、第二章作业 21 常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？V、Mg、Zn 各属何种结构？ 答：常见晶体结构有 3 种： 体心立方： Fe、Cr、V 面心立方： Fe、Al、Cu、Ni 密排六方：Mg、Zn Fe、 Fe、Al、Cu、Ni、Cr、 2-7 为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示 出各向异性？ 答： 因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同， 因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成， 它在各个方向上的力相互抵消 平衡，因而表现各向同性。 第三章作业 32 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件 下，所得铸件晶粒的大

2、小；金属模浇注与砂模浇注；高温浇 注与低温浇注； 铸成 薄壁件与铸成厚壁件； 浇注时采用振动与不采用振动； 厚大铸件的表面部分与中心 部分。 答：晶粒大小：金属模浇注的晶粒小 低温浇注的晶粒小 铸成薄壁件的晶粒 小 采用振动的晶粒小 厚大铸件表面部分的晶 粒小 第四章作业 44 在常温下为什 么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好？试用多晶体塑性变形的特点予以解释。 答：晶 粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。 原因是： （1）强度高：Hall-Petch 公式。晶界越多，越难滑移。 （2）塑性好：晶粒越多，变形均 匀而分散，减少应力集中。 （3）韧性好：晶粒越细

3、，晶界越曲折，裂纹越不易传播。 46 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤 沿全长轻击几遍在吊挂 715 天，然后再精加工。试解释这样做的目的及其原因？ 答：这 叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减 少成品形变应力吊起来，是细长工 件的一种存放形式吊个 7 天，让工件释放应力的时间， 轴越粗放的时间越长。 48 钨在 1000变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是 热加工还是冷加工（钨熔点是 3410，锡熔点是 232）？ 答：W、Sn 的最低再结晶温 度分别为: TR(W) =（0.40.5)(3410+27

4、3)273 =（12001568）()1000 TR(Sn) =（0.40.5)(232+273)273 =（-71-20）() 25 所以 W 在 1000时为冷加工， Sn 在室温下为热加工 49 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想？为什么？ （1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮； （2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮； （3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。 答：齿轮的材料、加工与加工工艺有一定的原则， 同时也要根据实际情况具体而定，总的原则是满足使用要求；加工便当；性价比最 佳。对 齿轮而言，要看是干什么用的齿轮，对于精度要求不高的，使用频率不高，强度也没什么 要求的，方法 1、2

5、都可以，用方法 3 反倒是画蛇添足了。对于精密传动齿轮和高速运转 齿轮及对强度和可靠性要求高的齿轮，方法 3 就是合理的。经过锻造的齿坯，金属 内部 晶粒更加细化，内应力均匀，材料的杂质更少，相对材料的强度也有所提高，经过锻造的 毛坯加工的齿轮精度稳定，强度更好。 410 用一冷拔钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随 工件一起加热到 1000，保温后再次吊装工件时钢丝绳发生断 裂，试分析原因？ 答：由 于冷拔钢丝在生产过程中受到挤压作用产生了加工硬化使钢丝本身具有一定的强度和硬度， 那么再吊重物时才有足够的强度， 当将钢丝绳和工件放置在 1000炉内进行加热和保温 后，等于对钢丝绳进行了回复和再结晶

6、处理，所以使钢丝绳的性能大大下降，所 以再吊重 物时发生断裂。 411 在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而稍隔一段时间再行弯折， 铅板又像最初一样柔软这是什么原因？ 答： 铅板在室温下的加工属于热加工， 加工硬化 的同时伴随回复和再结晶过程。 越弯越硬是由于位错大量增加而引起的加工硬化造成， 而过一段时间又会变软是因为室温对于铅已经是再结晶温度以上，所以伴随着回复和再结 晶过程，等轴的没有变形晶粒取代了变形晶 粒，硬度和塑性又恢复到了未变形之前。 第 五章作业 53 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体异同？ 答：一次渗碳体：由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。

7、二次渗碳体：从 A 中 析出的渗碳体称为二次渗碳体。 三次渗碳体：从 F 中析出的渗碳体称为三次渗碳体 共晶渗碳体：经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体 共析渗碳体：经 共析反应生成的渗碳体即珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体 组织形状不同，对基体的影响 不同。 共同点 同属于一个相，晶体结构相同，化学成分相同。 54 根据 Fe-Fe3C 相图 计算，室温下，分别为 0.2和 1.2的钢中组织组成物的相对量。 答：(1) =0.2% P%0.77%=0.2% P%=26% ，F%=74% (2) =1.2% P%0.77%+(1-P%)6.69%=1.2% P%=92.7% ，

8、Fe3C=7.3% 55 某仓库中积压了许多退火状态的碳钢，由于钢材混杂不知其化学 成分，现找出一根，经金相分析后发现组织 为珠光体和铁素体，其中珠光体占 75。问 此钢的碳含量大约为多少？ 答： P%0.77%750.770.5775 56 现有形状、 尺寸完全相同的四块平衡状态的铁碳合金， 它们的碳含量分别为 Wc=0.2%， Wc=0.4%，Wc=1.2， Wc=3.5%的合金。根据你所学的知识，可有哪些方法区别它们？ 答： 测量四块合金的硬度，其硬度随含碳量增加而升高。 观察四块合金的金相，0.2%和 0.4% 的合金均为亚共析钢，其组织为珠光体+铁素体，珠光体的量随含碳量增加而增加；

9、1.2% 的合金为 过共析钢，其组织为珠光体+二次渗碳体；3.5%的合金为亚共晶白口铁，其组织 为珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体。 观察四块合金与砂轮磨出的火花，随着含碳量的增 加，流线数量和爆花数量都急剧增多，碳含量超过 0.8%以后，增多的趋势逐渐 缓和。 57 根据铁碳相图解释下列现象 ： 1)含碳量 1.0%的钢比含碳量 0.5%的钢硬度高； 2) 在室温平衡状态下，含碳量为 0.8%的钢比含碳量为 1.2%的钢强度高； 3)室温下莱氏体比 珠光体塑性差； 答：1) 含碳量 1.0%的钢比含碳量 0.5%的钢硬度高； 钢由较软的铁素体 和较硬的渗碳体组成，随着含碳量的提高，钢中渗碳体的

10、量提高，因此硬度提高。 2) 在 室温平衡状态下，含碳量为 0.8%的钢比含碳量为 1.2%的钢强度高； 钢的强度是典型的 对组织敏感的性能指标， 细密相间的两相组织珠光体具有较高的强度， 因此提高珠光体 的比例可改善钢的强度， 而连续分布在原奥氏体晶界上的二次渗碳体将降低钢的强度。 0.8%的钢中珠光体的比例高于 1.2%的钢， 同时 1.2%的钢含有更多的二次 渗碳体，故 0.8%的钢比 1.2%的钢强度高。 3)室温下莱氏体比珠光体塑性差； 室温下莱氏体 Fe3C+P，即珠光体分布渗碳体相的基底上，而渗碳体基底的脆性极大，莱氏体表现为脆性 的，几乎不能塑性变形。 第六章作业 61 解释下

11、列名词：1）奥氏体的起始晶粒度、实 际晶粒度、本质晶粒度； 答： （1）起始晶粒度：是指在临界温度以上，奥氏体形成刚刚 完成，其晶粒边界刚刚接触时的晶粒大小。 （2）实际晶粒度：是指在某一具体的热处理 加热条件下所得到的晶粒尺寸。 （3）本质晶粒度：根据标准试验方法，在 93010保温 足够时间（3-8 小时）后测定的钢中晶粒的大小。 2）珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、 马氏体； 答：珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物。 索氏体：在 650600温度范围 内形成层片较细的珠光体。 屈氏体：在 600550温度范围内形成片层极细的珠光体。 贝氏体：过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物。 马氏体：

12、碳在 -Fe 中的过饱和固溶体。答：奥氏体: 碳在 ? Fe 中形成的间隙固溶体. 3）过冷奥氏体、奥氏体、残余奥氏体； 过冷奥氏体: 处于临界点以下的不稳定的将要发生分解的奥氏体称为过冷奥氏体。 残余奥 氏体：M 转变结束后剩余的奥氏体。 4）淬火、回火、退火、正火、冷处理、时效处理 （尺寸稳定处理） ； 答：退火：将工件加热到临界点以上或在临界点以下某一温度保温 一定时间后，以十分缓慢的冷却速度（炉冷、坑冷、灰冷）进行冷 却的一种操作。 正火： 将工件加热到 Ac3 或 Accm 以上 3080，保温后从炉中取出在空气中冷却。 淬火： 将钢件加热到 Ac3 或 Ac1 以上 3050，保温

13、一定时间，然后快速冷却（一般为油冷 或水冷） ，从而得马氏体的一种操作。 回火：将淬火钢重新加热到 A1 点以下的某一温 度，保温一定时间后，冷却到室温的一种操作。 冷处理：把冷到室温的淬火钢继续放到深 冷剂中冷却，以减少残余奥氏体的操作。 时效处理：为使二次淬火层的组织稳定，在 110150经过 636 小时的人工时效处理，以使组织稳定。 5）淬火临界冷却速度（Vk） ，淬透性,淬硬性； 答：淬火临界冷却速度（Vk） ：淬火时获得全部马氏体组织 的最小冷却速度。 淬透性：钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力。 淬硬性：钢在淬火 后获得马氏体的最高硬度。 6）再结晶、重结晶； 答：再结晶：金属材

14、料加热到较高的温 度时，原子具有较大的活动能力，使晶粒的外形开始变化。从破碎拉长的晶粒变成新的等 轴晶粒。和变形前的晶粒形状相似，晶格类型相同，把这一阶段称为“再结晶” 。 重结晶： 由于温度变化，引起晶体重新形核、长大，发生晶体结构的改变，称为重结晶。 7）调质 处理、变质处理。 答：调质处理：淬火后的高温回火。 变质处理：在液态金属结晶前， 特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核 数目大大增 加，从而提高了形核率，细化晶粒。 6-2 如下图所示，T12 钢加热到 Ac1 以上，用图示的各种方法冷却，分析各自得到的组织。 答: a 水中淬火 b 分级淬

15、火 c 油 中淬火 d 等温淬火 e 正火 f 完全退火 g 等温退火 MFe3C MFe3C MTFe3C B 下Fe3C SFe3C PFe3C PFe3C 6-4 将同一棒料上切割下来的 4 快 45 钢试样，同 时加热到 850，然后分 别在水、油、炉、空气中冷却，说明：各是何种热处理工艺？各 获得什么 组织？排列一下硬度的大小顺序。 答：(1) 水冷：淬火 M (2) 油冷：淬火 M+T (3) 炉冷：退火 P+F (4) 空冷：正火 S+F 硬度顺序：(1)(2) (4) (3) 6-5 残留奥氏体 对钢淬火后的性能有何影响？用什么方法可以减少残留奥氏体的数量？ 答: 残留奥氏体不

16、 仅降低了淬火钢的硬度和耐磨性，而且在工件的长期使用过程中，残留奥氏体还会发生转 变，使工件形状尺寸变化， 降低工件尺寸精度。 用“冷处理”可以减少残留奥氏体的数量。67 甲，乙两厂生产同一批零件，材料均选 45 钢，硬度要求为 2202250HBW。甲厂 采用正火，乙厂采用调质， 都达到硬度要求。试分析甲，乙两厂产品的组织和性能的差别。答：甲厂采用正火：获得细珠光体，正火消除中碳钢经热加工后产生的组织缺陷，塑性基 本不降低。 乙厂采用调质：获得回火索氏体，强度、硬度、耐磨性降低。大幅度提高了塑 性、韧性，得到较好的综合力学性能的钢。 6-9 仓库中有 45 钢、38CrMoAlA 钢和 20CrMnTi 钢，它们都可以用来制造齿轮，为了满足齿轮的使用要求，问各 应进行何种热 处理？并比较它们经热处理后在组织和性能上的不同。 答: (1)